Основные способы крепления резины к металлу

Принятые в настоящее время способы крепления резины к ме­таллам сводятся к образованию промежуточной пленки между ними, прочно соединяющей оба эти материала. В промышлен­ности РТИ применяются несколько видов крепления:

а)  эбонитом в качестве промежуточного слоя;

б)  термопреновым клеем;

в)  нанесением тонкого слоя латуни на поверхность металла;

г)   специальными клеями (из производных каучука, изоцианатными и др.).

Прочность крепления зависит также от характера подготовки металлической поверхности, от состава резиновой смеси и условий выполнения технологического процесса.

Крепление через эбонитовую прослойку — наиболее старый метод, сохранивший в ряде случаев свое значение и в настоящее время; применяется для крепления многих видов резин к стали и чугуну. При этом способе, как и при всех иных, поверхность ме­талла предварительно должна быть очищена до металлического блеска и обезжирена.

Подготовленную поверхность металла по­крывают 2—3 раза тонким слоем клея, приготовленного из эбони­товой смеси, в состав которой введена окись железа (Fe₂0₃), значительно увеличивающая прочность и теплостойкость крепления эбонита с металлом. Вначале наносится более жидкий, затем гу­стой слой клея. В помещении цеха должна быть небольшая относительная влажность воздуха, в противном случае температурная депрессия испарения растворителя, вызывая охлаждение металла и прилегающего слоя воздуха, может повести к образованию водя­ной пленки.

Растворители и клей, применяемые при обкладке боль­ших поверхностей, создают опасность пожаров и взрывов на про­изводстве. Поэтому во всех случаях выполнения обкладок обязательно соблюдение соответствующих правил техники безопасности и промышленной санитарии. Надлежащее устройство и правильное действие вентиляционной системы — основные условия работы.

На просохший клеевой слой накладывают каландрованные ли­сты эбонитовой смеси, а на эбонитовую прослойку — листы мяг­кой резиновой смеси. Последующая вулканизация приводит к проч­ному соединению металла с эбонитом, а последнего — с мягкой ре­зиной. Механизм процесса крепления этих разнородных материа­лов еще не выяснен с необходимой  полнотой.

По-видимому, сцепление эбонита и металла представляет собой явление адгезионного характера, хотя возможность образования сульфидов позволяет допустить здесь наличие химической связи. Хрупкость эбонита, осо­бенно сказывающаяся при низких температурах, и размягчение при нагревании ограничивают применение этого метода; он исключается в случае динамической нагрузки.

Видоизменение этого способа, используемое иногда при ремонт­ных работах, состоит в применении только одного эбонитового клея, без накладки эбонитовой прослойки, а также в применении полу-нюнитовой прослойки между металлом и эбонитовым слоем.

Термопреновый клей получают, растворяя термопрен в бензине в обогреваемой клеемешалке при 50 °С. Соотношения термопрена и бензина в термопреновом клее 1 :8 и 1:12. Подготовлен­ный к обкладке металл промазывают 2—3 раза термопреновым клеем, сначала жидким, а затем более густым, с тщательным просушиванием каждого слоя промазки. Далее следуют накладка и прикатка обкладочных смесей. Обкладку на термопреновой про­слойке целесообразно вулканизовать в котле.

Вулканизация произ­водится при давлении пара 2,5—3-Ю⁵ Па, затем следует охлажде­ние в котле под давлением, достигаемое подачей в котел сжатого воздуха и вбрызгиванием холодной воды. Давление воздуха дово­дится до 6-Ю⁵ Па и поддерживается, пока температура не пони­зится до 60—70 °С, т. е. до температуры затвердевания термопрена, при которой и происходит сцепление термопрена с резиной и ме­таллом.

Применение термопренового клея позволяет прикрепить пред­варительно вулканизованную пластину мягкой резины к металлу или дереву. Чтобы обеспечить лучшее сцепление вулканизованной резиновой обкладки с термопреновым слоем, поверхность пластины делают шероховатой, закатывая пластину перед вулканизацией на барабан с прослойкой грубой ткани. На швы обкладки наклады­вают ленточки из сырой, быстро вулканизующейся смеси. Разог­рев термопренового слоя и вулканизацию швов производят при 100 °С.

Недостаточная температуроустойчивость обоих названных спо­собов ограничивает их применение. Однако несложность, свойствен­ная этим способам, и, в частности, возможность термопренового крепления вулканизованной мягкой резины к металлу, с проч­ностью на отрыв порядка 100 Н/см², сохраняют за ними некоторую практическую зависимость. Прибавление 8% гексаметилентетра-мина (в пересчете на сухое вещество в термопреновом клее) повы­шает прочность крепления до 130 Н/см².

Латунирование. Достаточно прочное крепление резины к ме­таллу (стали, алюминиевых сплавов, бронзы и др.), надежно работающее   при   переменных   нагрузках,   толчках   и   вибрациях, обеспечивается применением латунной прослойки между металлом и резиной из различных каучуков. Метод крепления резины к ме­таллу с помощью латунирования состоит в нанесении на поверх­ность деталей, изготовляемых главным образом из стали горячей или холодной прокатки, тонкого прочнолежащего слоя латуни с 70% меди и 30% цинка (или 75 и 25%).

Латунирование состоит из трех основных операций: обезжиривания, травления и электро­отложения, сопровождаемых промывками водой. Для удаления уг­лерода, остающегося на поверхности металла после травления, применяется механическая обработка стальными щетками (так на­зываемое крацевание). Для удаления пленки окислов применяется химическая обработка (так называемое декапирование). Основные операции проводятся в электролитических ваннах при определен­ных режимах.

Промывка производится в горячей (40—80 °С) и хо­лодной проточной воде, а сушка — в термостате при 80—100 °С с продувкой воздуха. Электролитические и промывные ванны из­готовляют из стальных листов. Ванны для латунирования и про­мывок имеют резиновую обкладку. Ванны для обезжиривания и латунирования, кроме того, имеют змеевики для обогрева.

Питание ванн током производится от динамомашины постоян­ного тока напряжением 6—12 В и силой тока 500—1000 А. Детали различных размеров подвешивают в ваннах на крючках; мелкие детали обрабатывают в сетчатых вращающихся барабанах.

Совместное отложение меди и цинка идет удовлетворительно лишь в растворах комплексных солей этих металлов и при условии близких потенциалов их выделения. Электролит для латунирования содержит раствор комплексной соли цианистой меди и цинка. Та­кой раствор приготовляют на месте из сернокислых меди и цинка, углекислого натрия (для перевода сернокислых солей в углекис­лые) и цианистого калия (работу следует проводить очень тща­тельно ввиду того, что соли цианистой кислоты токсичны).

Анодом служат латунные пластины, содержащие определенные количества меди и цинка. Латунирование происходит лучше из уже работав­ших ванн, так как такие ванны имеют установившиеся концентра­цию и характеристику. В последнее время Научно-исследователь­ским институтом резиновой промышленности разработаны и успешно применяются электролиты, не содержащие цианистого ка­лия, но включающие пирофосфорнокислый натрий.

Связь ла­туни с резиной вначале проходит через стадию образования полусернистой меди, которая реагирует дальше с молекулой каучука, присоединяясь по месту двойных связей. Цинк латуни служит как бы разбавителем, регулирующим основной химический процесс, который должен протекать так, чтобы скорости вулканизации ре­зины   и образования сернистого соединения меди   шли   одновременно. Эта теория не распространяется на случай крепления ме­талла к резине, приготовленной из хлоропренового каучука.

Тщательность всех операций процесса и контроля (состава анода, плотности тока, величины напряжения, состава и темпера­туры ванны, концентрации ионов водорода и длительности про­цесса) — обязательное условие хороших результатов.

Крупнокристаллическое, пористое, с бархатистым налетом отло­жение латуни обеспечивает наибольшую прочность крепления ре­зины к металлу.

Нормальная толщина слоя латуни (0,00125—0,0015 мм) из циа­нистого электролита образуется за 15—20 мин и за 5 мин из элект­ролита, не содержащего цианистых солей. Ручные операции по перемещению деталей представляют собой значительную труд­ность, поскольку работу приходится вести очень осторожно. По­этому для массовых работ по латунированию деталей применяются автоматические конвейерные установки.

Полуавтоматическая по­точная линия для латунирования в бесцианистом электролите дей­ствует на Ленинградском заводе РТИ. Вся последовательная пере­дача арматуры из одной ванны в другую (обезжиривание, травле­ние, латунирование, промежуточные промывки, сушка обдувкой подогретым воздухом) механизирована с помощью манипуляторов и автоматизирована по заданной программе. Поверхность свежеот-ложениого латунного слоя под влиянием кислорода воздуха окис­ляется, а это приводит к уменьшению прочности крепления. По­этому латунированные детали, если не поступают немедленно на обкладку, покрываются жидким (1:20) резиновым клеем. Такой клей можно наносить пульверизатором в вытяжном шкафу, приме­няя двукратное покрытие.

Если есть опасность сдвига клеевой пленки во время запрессовки, то по просохшему клею следует до­полнительно наложить полоску резиновой смеси толщиной 1,0— 1,5 мм. Места, где латунированную поверхность необходимо пре­дохранить от привулканизации затеков резины, следует покрывать раствором кремнекислого натрия или целлюлозным лаком. Резино­вая смесь, применяемая для соединения с латунированными дета­лями, должна содержать не менее 2—3% серы и ограниченное количество мягчителей.

Наполненные канальной сажей смеси с твердостью по ТМ-2 60—75  прикрепляются к металлу лучше, чем смеси мягкие; прочность крепления резины из различных кау­чуков и разной степени наполнения к металлу различна и практи­чески достигает величины 600 Н/см². Если слой латуни нанесен ме­тодом распыления расплавленного металла (шоопирования), то прочность крепления не превышает 180—250 Н/см².

Специальные клеи. Сложность осуществления процесса латуни­рования, особенно в случае больших поверхностей изделий, и мень­шая прочность такого крепления к алюминию и некоторым спла­вам (по сравнению с креплением к стали) повели к поискам новых средств. Первыми по времени широко известны клеи из хлориро­ванного каучука. Значительная прочность крепления клеями из хлоркаучука   объясняется   тем,   что   высокое   содержание   хлора создает сильную поляризацию каучуковых молекул, образующих прослойку между металлом и резиной.

Для крепления резины из бутадиен-нитрильного каучука рекомендован клей из хлоркаучука с содержанием хлора 65—68%, дающий прочность крепления 300—400 Н/см² при температуре до 100 °С; с дальнейшим повыше­нием температуры прочность такого клея сильно падает. Известно применение так называемых клеев Тай-Плай. Для крепления резин на натуральном каучуке применяют клей Q; для резин нефтестой-ких — клей S; имеются и другие виды этого клея, в том числе и для крепления без вулканизации.

Базой этих клеев является гидрохло­рид каучука. Ряд клеев рекомендован Научно-исследовательским институтом резиновой промышленности, в том числе клей 88Н для крепления резины к металлу без нагрева и лейконат для кре­пления в процессе вулканизации. Лейконат представляет собой раствор триизоцианаттрифенилметана в дихлорэтане. Раствор этого же изоцианата в метиленхлориде известен под названием десмодура R. Прочность связи с применением изоцианатов дости­гает 500—1000 Н/см².

Крепление мягких резин с помощью изо­цианатов достаточно прочно и устойчиво к теплу, растворителям, к ударной нагрузке. Известно также применение клеев из хлори­рованных каучуков и фенольных смол и клеев из хлорирован­ных каучуков и изоцианатных растворов.

Клей 201 на основе хлорированных эластомеров (как и его раз­новидность клей 615), предложенный в МИТХТ Н. С. Ильиным и Ф. Ф. Кошелевым, успешно применяется для тяжелых условий ра­боты. Этими же авторами, Л. Н. Курдиным и Институтом орга­нической химии АН Армянской ССР разработан и исследован клей на основе хлорированного политетрахлоргексатриена (ХПТ).

Этот клей (20% раствор ХПТ в смеси ксилола с толуолом 1:1) в стан­дартных условиях испытания (ГОСТ 209—62), при толщине пленки 2—2,5 мкм (два слоя) дает прочность крепления к стали до 900 Н/см² при комнатной температуре и 430 Н/см² при 150 °С. Клей из ХПТ индиферентен к влажности воздуха, не требует пескоструй­ной обработки металла (отличие от клея лейконат) и характери­зуется универсальностью в отношении резин из полярных и неполярных каучуков.

Использование названных клеев требует строгого соблюдения соответственных прописей. Сущность действия, в основном, сводится к созданию тонкой пленки промежуточного слоя, прочно соединяющегося как с резиной, так и с металлом. В месте контакта резины и клея происходит взаимная диффузия, возникают связи и закрепляются вулканизацией. Лейконат в процессе крепления, по-видимому, химически взаимодействует с активными наполните­лями, входящими в состав резиновой смеси.

Как уже отмечалось, большое практическое значение имеет сохранение температуростойкости крепления. Это особенно важно,.тли эксплуатация аппаратов, обложенных резиной, идет при повы­шенной температуре или вследствие трения или вибраций проис­ходит нагревание резинометаллических деталей. Результаты испы­тания температуростойкости ряда видов крепления даны на рис. 101.

Из рис. 101 следует, что прочность крепления, достигаемая ме­тодом латунирования, незначительно изменяется в пределах 20—110 °С, что свидетельствует о возникновении химических связей каучука в резине с латунью. Прочность крепления, достигаемая при помощи клеев, с повышением температуры постепенно снижается и при 80 °С значительно ниже, чем при латунировании. Из клеевых методов наибольшей температуростойкости достигает крепление с применением изоцианатов и клея ХПТ.

Прочность крепления эбонитовой прослойки достаточна лишь до точки размягчения эбонита; далее следует довольно резкое падение прочности. Пример зависимости прочности крепления клеями от температуры испытания приведен на рис. 102.